2022年高中物理 實(shí)驗(yàn)手冊 第二部分 實(shí)驗(yàn)8 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

2022年高中物理 實(shí)驗(yàn)手冊 第二部分 實(shí)驗(yàn)8 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 [實(shí)驗(yàn)?zāi)康腯 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 [實(shí)驗(yàn)器材] 打點(diǎn)計時器（電火花或電磁），重錘，紙帶，電源，導(dǎo)線，鐵架臺，刻度尺。 [實(shí)驗(yàn)原理] 在只有重力做功的情形下，物體的動能和勢能發(fā)生互相轉(zhuǎn)化，但總機(jī)械能保持不變，這個結(jié)論叫做機(jī)械能守恒定律。利用打點(diǎn)計時器在紙帶上記錄下物體自由下落的高度h及計算出瞬時速度v，從而可求出物體在自由下落過程中，重力勢能的減少量△Ep = mgh與物體動能的增加量△Ek = mV2/2，如有式子成立，可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 由上式看出，只要測出下落的高度h和下落h時的瞬時速度V，再利用當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭的數(shù)值， 就能比較和mgh。由于只須驗(yàn)證和mgh是否相等，并不需要求出和mgh 的數(shù)值，故實(shí)驗(yàn)不需測重錘的質(zhì)量m。 在承認(rèn)機(jī)械能守恒定律的前提下，也可以利用這個實(shí)驗(yàn)測出當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊臄?shù)值。 [實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)] 1. 實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)調(diào)整打點(diǎn)計時器的底板豎直，減小各處的摩擦。另外，因?yàn)楹雎粤丝諝庾枇?shí)驗(yàn)的影響，所以應(yīng)選用質(zhì)量較大的重錘。 2. 為了保證打點(diǎn)計時器打的第一點(diǎn)記錄的是重錘做自由落體運(yùn)動初始點(diǎn)的位置，必須選用第一、二點(diǎn)的距離接近2毫米的紙帶進(jìn)行測量。這是因?yàn)榇螯c(diǎn)計時器的打點(diǎn)周期是0.02秒，而自由落體在最初的0.02秒內(nèi)下落的高度是 所以紙帶第一、二兩點(diǎn)間的距離接近2毫米時，意味紙帶是在打第一個點(diǎn)的瞬間開始下落的。 3．為了得到“2”中要求的紙帶，必須多打幾條紙帶，以便從中挑選。 [實(shí)驗(yàn)步驟] 1. 按圖7-1所示安裝實(shí)驗(yàn)器材。鐵架臺放在實(shí)驗(yàn)桌邊，用燒瓶夾夾緊打點(diǎn)計時器。調(diào)節(jié)打點(diǎn)計時器底板處于豎直狀態(tài)。打點(diǎn)計時器的接線柱用導(dǎo)線分別與學(xué)生電源的交流輸出端相連，用交流6伏電壓（電火花計時器用220伏交流電）。 2. 取一條紙帶（火花計時器用兩條），將其一端夾在重錘上，另一端穿過打點(diǎn)計時器的限位孔，用手提著使重錘靜止并靠近打點(diǎn)計時器。 3. 接通電源，放手松開紙帶（要求一人操作，以上兩個動作同時進(jìn)行），讓它與重錘一起自由下落，紙帶落出限位孔，關(guān)閉電源。 4. 取下紙帶，編上號碼，重做幾次。 5. 選取一條點(diǎn)跡清晰且第一、二點(diǎn)距離接近2毫米的紙帶，從第一點(diǎn)開始計為0點(diǎn)，再在紙帶后面的點(diǎn)中上選取五個連續(xù)點(diǎn)1、2、3、4、5，測量各點(diǎn)到0點(diǎn)的距離h1、h2、h3、h4、h5，見下圖7－2，則各點(diǎn)相應(yīng)勢能減小為mgh。 圖7－2 1 2 3 4 5 h1 h2 h3 h4 h5 0 6.因物體做勻變速直線運(yùn)動，可用某一時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻瞬時速度的規(guī)律分別計算出2、3、4三點(diǎn)的速度，例如2點(diǎn)瞬時速度，算出動能 7. 比較勢能的減小與動能增加的關(guān)系。 [問題思考] 1. 實(shí)驗(yàn)中，為什么要選擇第一，二點(diǎn)距離接近2毫米的紙帶？ 2. 本實(shí)驗(yàn)為什么不用測量重錘的質(zhì)量？ 3. 為減小實(shí)驗(yàn)誤差 ，實(shí)驗(yàn)選用了質(zhì)量較大的重錘，說明這樣做的原因？ 4. 本實(shí)驗(yàn)在處理數(shù)據(jù)時，如果不從第一個點(diǎn)（速度為零的點(diǎn)）算起，而 是從后面的某一點(diǎn)算起，例如從2點(diǎn)算起，利用2－4間高度變化，說明怎樣計算動能變化和勢能變化，如何驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律？ 5. 重錘在第一個時間間隔內(nèi)，正常的情況下，下降高度應(yīng)為————————， 實(shí)際實(shí)驗(yàn)中在紙上打出的第一、 二點(diǎn)距離都會————————于上述數(shù)值，造成這種情況的原因是———————— ————————？因此，應(yīng)該多做幾次，選取第一、 二點(diǎn)間距接近上述數(shù)值的紙帶進(jìn)行計算。 6. 某學(xué)生打出的紙帶如圖7-3所示。各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)與0點(diǎn)之間的距離分別為 h1==4.92厘米、h2=7.05厘米、h3=9.61厘米、h4=12.55厘米、h5=15.88厘米，g=9.80米/秒2。 1 2 3 4 5 h1 h2 h3 h4 h5 0 圖 7—3 （1） 從0點(diǎn)到4點(diǎn)，重力勢能減小值為_____________________，4點(diǎn)速度為 _________________，從0點(diǎn)刻4點(diǎn)動能增加值為___________________。根據(jù)________可以判斷__________。 （2） 從2點(diǎn)到4點(diǎn)，重力勢能減少值為_________，2點(diǎn)速度是 __________，從2點(diǎn)到4點(diǎn)動能增加值為__________，根據(jù)________可以判定_______________。 7. 實(shí)驗(yàn)中，處理數(shù)據(jù)要用到重力加速度，下列說法中正確的是（ ）。 A．不管在何處實(shí)驗(yàn)，g都取9.8米/秒2； B. g應(yīng)取當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊闹担? C. g應(yīng)從實(shí)驗(yàn)中打出的紙帶測得的數(shù)據(jù)計算出來。